黔中鋁土礦含礦巖系伴生鋰元素分布規律

全貴龍 楊明坤 文國江 董艷杰

摘要：黔中鋁土礦富含鋰、鈧、鎵等“三稀”礦產資源，但在以往的鋁土礦勘查中對此有所忽略，未能開展綜合評價。本文以黔中鋁土礦帶北西段的長溝鋁土礦為對象，利用翔實的采樣分析數據，系統分析了九架爐組含礦巖系伴生鋰元素的空間分布規律。研究發現，單就Li2O的平均含量而言，在單工程含礦巖系中與Al2O3呈正相關關系，而與SiO2、Fe2O3呈負相關關系；單就Li2O富集程度而言，礦層中部>礦層下部>礦層上部；單就Li2O總量而言，礦層中部>礦層上部>礦層下部。這些規律的認識，為黔中鋁土礦與“三稀”資源綜合勘查、開發和利用提供了依據。

關鍵詞：黔中鋁土礦；鋰元素；含礦巖系；分布規律；長溝鋁土礦

1.引言

黔中地區經過50余年的找礦工作積累了大量豐富的勘查成果資料，除證實鋁土礦中伴生的稀散元素—鎵，達到綜合利用外，對鋰、鈧等其他“三稀”（稀有、稀土、稀散）礦產勘查及研究程度普遍較低，總體上重視不夠，對鋁土礦中伴生的鋰等有益礦產資源總體綜合利用的水平和質量不高，高附加值產品少，資源優勢沒有得到充分發揮。

鋰元素的克拉克值為17×10-6～20×10-6，參照規范（DZ/ T0203-2002）中堿性長石花崗巖類礦床，伴生礦產鋰的工業指標要求為0.3%。在黔西—大方地區開展鋁土礦調查評價工作中，對金沙縣長溝鋁土礦區采用地質填圖、鉆探、探槽、取樣測試等手段，在含礦巖系中發現Li2O含量在500×10-6以上（最高達10906×10-6）的鋰樣品占分析樣品總數的42%（胡從亮等；2016），其中Li2O>1000×10-6以上的富鋰樣品達44件，為鋰的克拉克值的25倍～500倍，達到鋰的伴生礦產工業指標要求的樣品有12件，占分析樣品總數的27.3%。長溝鋁土礦位于黔中隆起之北西段，亦是著名的黔中鋁土礦帶的北西段，其成礦時代和分布特征與黔中鋁土礦相同，為此本文將長溝鋁土礦礦產地作為典型礦床，利用所獲取的豐富資料進行研究，系統分析探討伴生鋰元素的分布規律。

2.礦床地質特征

長溝鋁土礦位于揚子準地臺黔北遵義斷拱畢節北東向構造變形區南東隅，北東向店廠溝背斜與官田向斜之間，石炭系下統九架爐組為區域內鋁土礦的含礦巖系，含礦巖系（鋁土礦）分布嚴格受成礦古基底形態的制約，古基底的地貌對礦體的形態、產狀、規模及礦石質量有嚴格的控制作用。

本次調查重點對田灣—長溝一線約9km范圍的長溝鋁土礦采用山地工程、鉆孔（圖1）探查含礦巖系（礦體）在平面空間及厚度空間的展布特征，因地形及古巖溶侵蝕面的起伏，造成含鋁巖系在厚度上存在一定變化，長溝鋁土礦及附近區域含礦巖系穩定。

含礦巖系為石炭系下統九架爐組（C1jj），巖性以粘土巖類為主，含鋁土礦、硫鐵礦等礦產。下伏于梁山組炭質粘土巖之下，上覆于寒武系（局部奧陶系）白云巖古巖溶侵蝕面之上，厚0m～15.54m。未發現明顯的生物化石，沉積構造明顯。不同區域巖性組合的不同，反映出下石炭世九架爐組沉積時期沉積環境的差異。

3.樣品采集及分析測試

本次在長溝鋁土礦調查中將氧化鋰（Li2O）作為基本分析測試項目，樣品采自田灣—長溝一線23個工程的九架爐組含礦巖系，共測試175件。限于篇幅僅統計Li2O含量>500×10-6以上鋰樣品分析結果于表內，采樣部位、巖性特征見表1；采樣工程空間分布如圖1所示；以單工程平均含量數據，繪出Li2O及主要化學組分含量變化曲線見圖2。

4.結果與探討

4.1鋰元素的分布特征規律

4.1.1鋰元素在不同巖石、礦石中分布規律

通過對長溝鋁土礦175件樣品分析結果統計分析，其中Li2O含量>500×10-6列于表2，整個含礦巖系Li2O含量45×10-6～10906×10-6，平均852×10-6，對應的主要化學組分含量依次為：Al2O3含量11.80%～75.76%，平均37.10%；SiO2含量4.56%～68.17%，平均37.05%；Fe2O3含量0.55%～42.52%，平均9.52%。

巖石類型上，Li2O表現出親鋁土礦和鋁土巖，而疏綠泥石粘土巖的特征，即鋁土礦石平均含量和富集程度最高，鋁土巖、鋁土質粘土巖、鐵質粘土巖次之，綠泥石粘土巖最低。礦石自然類型上，Li2O在致密狀鋁土礦石中的平均含量及富集程度高于碎屑狀、土狀礦石，豆鮞狀礦石平均含量最低。

4.1.2鋰元素在含礦巖系剖面上分布規律

根據分析結果進行研究，含礦巖系厚度空間上Li2O均有富集，含量分布不均，最低為45×10-6，最高達10906×10-6，Li2O含量的富集程度在礦層上下空間位置上：礦層中部>礦層下部>礦層上部；Li2O總量在礦層上下空間位置上：礦層中部>礦層上部>礦層下部。含礦巖系分含鋁巖系及含鐵巖系，Li2O含量、總量、平均含量及富集程度上部含鋁巖系均明顯優于下部含鐵巖系。

Li2O平均含量與Al2O3平均含量總體呈正相關關系，線性關系為y=32.403+0.0066x，R=0.5278；Li2O平均含量與SiO2平均含量總體呈負相關關系，線性關系為y=41.429-0.0055x，R=-0.4608；Li2O平均含量與Fe2O3平均含量總體呈負相關關系，線性關系為y=9.7564-0.0020x，R=-0.3674。

4.1.3鋰元素在橫向空間中分布規律

根據圖1工程空間分布及圖2含量變化關系圖顯示，單工程含礦巖系Li2O平均含量在平面空間位置上高值主要集中分布于礦區TC9以西區域，QJ3至TC4的東部區域次之，TC9至QJ3間的中部最低，即平面富集程度總體趨勢為礦區西部>礦區東部>礦區中部。

有學者對黔北務—正—道地區典型鋁土礦床中Li、Ga和Sc分布規律進行了研究，顯示致密狀鋁土礦Li2O含量最高（達5820×10-6），本區最高10906×10-6及次高9754×10-6和9873×10-6的3件樣品均來自鋁土巖，表明黔北鋁土礦與本文研究成果既有相似性，也有差異性。

4.2鋰元素分布規律的地質解釋

有學者研究表明，REE、Li、Sc和Ga等元素主要呈分散狀態賦存于一水硬鋁石、高嶺石等粘土礦物中，但沒有證據顯示它們呈“離子”狀態被吸附?！叭　痹刭x存形式實質上也反映其沉積環境，鋰（Li）在表生條件下有較大的活動性，一部分易形成易溶鹽被流水帶走，另有一部分滯留于風化殼的粘土礦物中。目前所見包括鋁土礦、粘土巖、粘土礦、鋁土巖的含礦巖系是古風化殼物質的堆積沉積物，其中鋰（Li）含量普遍較高，此與風化母巖中含有蒸發鹽有關。

綜上，目前還沒有足夠的證據來揭示鋁土礦含礦巖系中鋰等“三稀”元素的賦存形式，要提高鋁土礦的附加值并高效清潔利用這些寶貴的鋰等“三稀”資源，尚需更多的研究。以上總結的分布特征和富集規律總體表現出Li2O“親鋁”特征，這反映出鋰與含鋁礦物密切相關，這種現象說明鋰主要在同沉積階段與Al2O3同沉積、同富集，鋁土礦含礦巖系物源主要來自于下伏寒武系和奧陶系碳酸鹽巖，歷經沉積與暴露剝蝕的反復復雜過程，古風化面上堆積了含鋁頁巖，在風浪、潮汐的長期作用下，勢必使得成礦物質來源通過篩選、破碎和再搬運等方式重新組合，含鋁頁巖在風化剝蝕中易形成大量粘土礦物易吸附Li，并在搬運、遷移和沉積成巖成礦過程中與Al共遷移、同富集。成巖成礦后，經燕山期及其后歷次構造運動的影響下，將已固結成礦的鋁土礦抬升，局部到地表，在表生風化、氧化以及在地表水及地下水的長期而復雜的物理化學作用下，脫硅、脫硫去鐵中部分Li不同程度的虧損，致使整個含礦巖系Li2O含量分布不均，這可能與不同礦物的吸附能力以及Li元素的活動性有關。通過研究，含礦巖系中的鋁土巖、鋁土礦（尤其致密狀鋁土礦）是鋰的主要載體。

5.結論

（1）通過分析研究，Li2O與Al2O3總體呈正相關關系，Li2O與SiO2、Fe2O3總體呈負相關關系。

（2）巖石類型上，含礦巖系分含鋁巖系及含鐵巖系，Li2O含量、總量、平均含量及富集程度上部含鋁巖系均明顯優于下部含鐵巖系，Li2O表現出親鋁土礦和鋁土巖，而疏綠泥石粘土巖的特征。

（3）含礦巖系厚度空間上，Li2O富集程度礦層中部>礦層下部>礦層上部，Li2O總量礦層中部>礦層上部>礦層下部……

（4）黔中鋁土礦含礦巖系厚度大（最厚達44m），分布廣（>5800km2），蘊藏著豐富的鋁土礦資源（保有資源儲量30435萬噸），多年來地質勘探工作對鋁土礦伴生的鋰等“三稀”礦產勘查工作及研究程度普遍較低。通過本文對伴生鋰的分布規律分析、研究，為黔中鋁土礦——“三稀”資源綜合勘查開發利用提供了線索，預示該區鋰等“三稀”礦產有較好的找礦前景，望引起以后工作者的重視。

致謝：

本文為《貴州烏蒙山區優勢礦產資源綜合調查評價》項目人員的集體成果，匿名評審專家和編輯部編委對論文提出了寶貴的修改意見，在此一并致以誠摯的謝意！

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